Q235板坯表面縱裂控制工藝實踐
福建三寶鋼鐵有限公司于2021年開始籌建一條年產可達200萬噸的耐腐蝕熱軋卷板生產線，經過緊張的籌建工作，板坯連鑄于2024年6月5日熱試成功，拉開了福建三寶鋼鐵帶鋼生產的序幕。
作為上游工序的板坯連鑄，能否生產出高質量的鑄坯，是該生產線能否成功投入的先決條件，產品主要以Q235、Q195等鋼種為主，Q235是典型的包晶鋼，在投產之初板坯表面出現嚴重縱裂，在有意避開包晶敏感區之后，此類裂紋依然存在，說明裂紋的產生不僅僅是包晶反應的影響，還有其他重要的影響因素存在，三寶鋼鐵針對可能的影響因素逐個改善，最終將縱裂問題徹底解決。板坯連鑄的連鑄機主要工藝參數如表1所示。
包晶鋼板坯表面縱裂紋起源于彎月面區坯殼生長厚度不均勻，在坯殼薄弱點萌生裂紋，產生裂紋主要有以下兩個方面的原因：在包晶反應時，新固相依附在舊固相上形核并逐漸長大，隨著新固相的形成和長大兩個作用相的接觸即被隔離。在這種情況下為使包晶反應繼續進行，必須有大量的原子離開舊固相向液相做長距離擴散，同時有大量的原子離開液相穿過新固相長距離擴散，然后才能使新固相向兩旁逐漸長大。由于在固相物質中的擴散過程比較困難，包晶轉變的進行速度極為緩慢，因而在實際的合金結晶過程中，包晶反應經常不能進行完全，在結晶終了時將獲得含有δ相的非平衡組織，增加鋼的裂紋敏感性。結晶器形成的初生凝固坯殼受到以下應力作用：結晶器同一水平位置凝固殼厚度不均勻，導致不均勻收縮而產生的收縮應力；坯殼收縮由鋼水靜壓力產生的鼓脹應力；板坯寬面收縮受窄面約束產生的彎曲應力；包晶反應收縮量大（0.38%），導致產生局部氣隙，局部“熱點”處于裂紋敏感區。鑄坯表面縱裂如圖1所示。控制鋼中含碳量。當鋼中含碳量為0.10%~0.14%時，是發生包晶反應時產生表面縱裂紋的敏感區，因此，在生產過程中將轉爐碳由原來的0.12%~0.20%縮小至0.15%~0.19%，有效避開裂紋敏感區；提高錳硫比。硫在鋼中是易偏析元素，由于硫在鋼中的宏觀偏析，降低了鋼的零塑性溫度及比表面能，析出物與機體的結合力因硫的偏析而下降，促進了晶界滑移，晶界的應力集中使得硫與晶界間形成孔隙，導致更大的應力集中，擴展成為晶界裂紋，最終導致裂紋的形成。隨著鋼中硫含量的升高，發生縱裂紋的概率增加。因此，在生產過程中，盡可能控制鋼水硫＜0.020%，以降低縱裂紋的出現。由于目前沒有KR、LF等脫硫設備，成品硫無法完全控制在0.020%以內，只能通過控制錳硫比來降低硫的影響。當鋼中的錳硫比較高時，有利于提高硫化錳在晶界和機體上呈粒狀分布，從而提高鋼的高溫性能。在生產過程中，控制錳硫比＞20以降低鑄坯縱裂指數。結晶器保持合理的錐度對鑄坯的溫度分布至關重要，錐度過大或過小，都不利于鑄坯表面溫度的均勻分布，錐度過大在拉速波動時容易導致鑄坯出現重接現象。在生產之初，根據外廠經驗將結晶器錐度設定為4.0（180mm×870mm斷面），鑄坯寬面出現嚴重縱裂，當拉速在短時間內波動超過0.2m/min時，鑄坯也出現明顯的重接痕跡。根據鑄坯實際情況，將錐度調整至3.6~3.8，鑄坯裂紋深度由最深10mm降低至2mm，沒有批量出現縱裂現象，鑄坯縱裂得到有效控制。結晶器內的冷卻傳熱極為復雜，為保證鑄坯在出結晶器下口時有足夠的坯殼厚度，結晶器應適當增大冷卻強度。但若水量太大，會使坯殼與結晶器熱面氣隙過早形成，降低傳熱效果，反而會使坯殼變薄，形成裂紋。因此，針對包晶鋼的特性，結晶器內冷卻應采用弱冷，在保證安全的前提下，將原來的結晶器寬面冷卻水流量由130m3/h降至110m3/h，窄面冷卻水流量為20m3/h，控制寬面與窄面熱流密度比約為0.9，此時鑄坯縱裂指數最低。經過調整，鑄坯表面細長縱裂紋明顯減少。板坯生產過程中，結晶器水、二冷水不僅需要達到固定的壓力、流量，同時對水質也有較高的要求。當水中濁度達到70mg/l時，其冷卻效果就會大大降低，水中的懸浮物及部分鹽類會附著在結晶器銅壁及堵塞二冷噴嘴，導致潤滑不均勻，從而在結晶器內產生裂紋，并在二冷區生長擴大，最終導致板坯表面縱裂紋等缺陷。因此，通過對結晶器水及二冷水經常進行置換，必要時添加化學藥劑，保持循環水濁度小于30mg/l，確保供水水質達到冷卻要求。鑄坯縱裂紋在結晶器內產生，在二冷室內擴大、延伸，如果二冷水配比不合適，在結晶器內產生的細小裂紋就會發展成為較大的縱裂紋，甚至產生漏鋼。因此，摸索適合于當前拉速的二冷水配比也是至關重要的工作，經過多次試驗，最終確定較優的二冷水配比，如表2所示：另外，在生產過程中需保證冷卻水的穩定：一方面，當拉速變化時，冷卻水流量要根據相應拉速迅速做出調整；另一方面，由于生產過程中拉速不可避免會有小范圍非人為調整的波動，一般在±0.02m/min以內，此時的冷卻水流量需保持穩定，避免冷卻不均造成裂紋的生長。經過轉爐冶煉工藝、結晶器錐度、結晶器冷卻水、二次冷卻水以及保護渣等多方面進行改進優化，鑄坯縱裂紋得到有效控制，因縱裂造成不合格數量逐月遞減，目前已基本消除。
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